JP2020151001A

JP2020151001A - 生体情報特定システム及び方法

Info

Publication number: JP2020151001A
Application number: JP2019049606A
Authority: JP
Inventors: 拓磨池田; Takuma Ikeda; 谷　博之; Hiroyuki Tani; 博之谷
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US11224357B2; DE102020203311A1; US20200297242A1

Abstract

【課題】人体に、無線機やセンサを装着させることなく、人の生体の位置情報、生体の状態に関する状態情報を特定できるシステムを提供する。【解決手段】電波を送出し、且つ、無線で信号を受信する送受信機１０１と、前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、自己の固有のＩＤ情報を前記送受信機に送信するセンサモジュール１０５と、を備える。また、センサモジュールは、送受信機からの前記電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、生体の状態に関する状態情報を、送受信機に送信し、送受信機は、前記ＩＤ情報及び前記状態情報に基づいて、前記生体を特定する。【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報を特定する生体情報特定システムに関する。

近年、ＩｏＴ化が進む中で、人の位置や生体情報を収集し、見守りや健康管理に活用する取り組みが注目されている。人の位置を検出するためには、例えば、屋内の近距離で通信できるＲＦＩＤを活用した移動体の位置測定システムが提案されている（特許文献１）。

特許文献１の移動体の位置測定システムは、床に固有のＩＤ情報をもった複数のＩＤタグを配置し、人体に取り付けたＩＤリーダよって、近接したＩＤタグ情報を読み取る。ＩＤタグ情報を読み取ったＩＤタグの配置された位置に人体が存在していることを測定するとともに、移動体の向きをベクトル方向に基づいて測定する技術が記載されている。

特開２００１−１８３４５５号公報

しかし、従来の人体の位置測定システムは、ＩＤリーダを用いて、位置を測定している。ＩＤリーダは、人体の位置を測定できるが、人体に関する状態を取得することはできない。また、電池駆動のため、定期的な電池交換や充電が必要となる。

本願開示の課題は、充電や電池交換が不要な小型端末を用いて、生体の位置および生体の状態に関する状態情報を特定する生体情報特定システムを提供することである。

本開示の生体情報特定システムは、電波を送出し、且つ、無線で信号を受信する送受信機と、前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、自己の固有のＩＤ情報を前記送受信機に送信するセンサモジュールと、を備えた生体の情報を特定する生体情報特定システムであって、前記センサモジュールは、前記電力を電源として用いて、生体の状態に関する状態情報の取得、及び、前記状態情報の前記送受信機への送信を行い、前記送受信機は、前記ＩＤ情報及び前記状態情報に基づいて、前記生体を特定する。

本開示の生体情報特定システムは、人体に、無線機やセンサを装着させることなく、人の生体の位置情報、生体の状態に関する状態情報を特定できる。

本実施の形態の生体情報特定システムの全体構成を示す図本実施の形態における生体情報特定システム全体及びセンサモジュールを詳細に説明した図本実施の形態の生体情報特定システムのセンサモジュールの変形例を示した図

以下本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜構造＞
図１は、本実施の形態の生体情報特定システムの全体構成を示す図である。本明細書においては、生体とは、人体及び動物を含む概念である。以下の本実施の形態では、生体に、特に人体を適用した例について説明する。

＜構成＞
図１及び図２は、本実施の形態における生体情報特定システムの全体を示した図面である。移動体のセンシング装置は、送受信機１０１と、センサシート１０４とを備える。つぎに、各構成について詳細に説明する。

＜送受信機１０１＞
送受信機１０１は、発振制御部１０２と第１アンテナ１０３とを備える。送受信機１０１は、高周波電力を生成し、空間へ電波として送信する機能を有する。送受信機１０１は、各センサモジュール１０５へ情報を送るように指示し、各センサモジュール１０５から、人体に関する状態情報を取得する機能を有する。

＜発振制御部１０２＞
発振制御部１０２は、高周波電力を生成する機能を有し、水晶振動子、位相同期回路（ＰＬＬ回路）、増幅回路（ＡＭＰ）などの電気回路で構成され、高周波の電力を生成する。生成する高周波電力の周波数は、９００ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯であれば、特に限定されるものではない。生成する高周波電力は、送電する距離、送受信機のサイズに応じて、適宜選択される。

また、発振制御部１０２は、生成した高周波電力の電波としての送信及び受信を制御し、後述のセンサモジュール１０５から送信された情報を取得し蓄積する。発振制御部１０２は、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの機能デバイス及び機能デバイスなどの電気回路を備える。

＜第１アンテナ１０３＞
第１アンテナ１０３は、発振制御部１０２で生成された高周波電力を電波として空間へ送信する機能と他の機器（本実施の形態では、例えばセンサモジュール１０５）から送信された電波を取得する機能を有する。アンテナの種類としては、例えば指向性アンテナが好ましい。指向性アンテナは、平面状であって、誘電体基板をＧＮＤ板とアンテナ板とで挟んだ構造のパッチアンテナを使用する。

送受信機１０１は、各センサモジュール１０５に、高周波電力をもれなく送電する場合、例えば部屋の四隅の高い位置に配置する必要がある。部屋の四隅の高い位置に配置された送受信機１０１は、第１アンテナ１０３に、例えば半値角９０度程度の指向性を持ったアンテナを用いることで、部屋の隅々に電波を行き渡すことができる。送受信機１０１を、上述のように配置すれば、前記部屋内のいずれの位置にセンサモジュール１０５を配置しても、各センサモジュール１０５に高周波電力を放射することができる。

＜センサシート１０４＞
センサシート１０４は、複数のセンサモジュール１０５を、シート１０６に固定することにより構成される。センサシート１０４は、人体の検出が必要な範囲、例えば、人体が横たわる床の上に設置される。センサシート１０４は、シート１０６の上における人体の位置を検知するとともに、人体に関する状態情報を取得し、それらの情報を送受信機１０１へ送信する。

図２は、本実施の形態における生体情報特定システム全体及びセンサモジュールを詳細に示している。図２の左側の図は、送受信機１０１及びセンサシート１０４の例を示し、右側の図は、左側の図における点線で囲まれた部分を詳細に示している。センサシート１０４は、複数のセンサモジュール１０５と、各センサモジュール１０５が固定されたシート１０６と、を備える。

＜センサモジュール１０５＞
センサモジュール１０５は、第２アンテナ２０１と、受電制御部２０２と、センサ２０３とを備える。センサモジュール１０５は、第２アンテナ２０１を介して送受信機１０１から送信された電波を受け取り、受け取った電波を電力に変換し、この電力を電源として用い、保有しているＩＤ情報を送受信機１０１に送信する。センサモジュール１０５は、シート１０６の上の所定の位置に配置され固定される。具体的には、各センサモジュール１０５は、互いに所定の間隔を開けて、マス目状にシート１０６に配置され固定される。センサモジュール１０５を、例えば図２に示すように、５行及び５列に、所定の間隔を開けて配置する。なお、センサモジュール１０５は、互いに間隔を開けることなく、接触した状態で配置されてもよい。接触した状態でセンサモジュール１０５を配置すれば、所定の間隔を開けて配置する場合よりも、精密に人体の位置を検出することができる。また、センサモジュール１０５が保有する情報には、シート１０６上における各センサモジュール１０５の位置情報が含まれる。例えば３行目であって３列目のセンサモジュール１０５が保有するＩＤ情報には、図２に示されている左側の各センサモジュール１０５のうち、真ん中のセンサモジュール１０５であるという位置情報が含まれている。

シート１０６は、配置された各センサモジュール１０５を電気的に接続する機能を有していてもよい。その場合、シート１０６は、アルミなどの導電部材で構成される。

第２アンテナ２０１は、送受信機１０１からの電波を受信し、センサモジュール１０５が保有する情報を送受信機１０１に送信する。また、第２アンテナ２０１は、送受信器１０１から放射された高周波電力を受け取る。

センサ２０３は、各センサモジュール１０５の範囲内で、人***置を検出し、人体の状態に関する状態情報を取得する。

センサ２０３が取得する状態情報は、例えば生体の情報など、様々な情報がある。センサ２０３として、取得したい情報に応じて様々なセンサを用いることができる。例えば取得した情報を、介護に用いる場合は、転倒事故などを防止するために動き情報を取得する必要があるため、例えば加速度センサを用いることが好ましい。また、取得したい情報が、健康に関する情報である場合には、例えば体温または心拍センサを用いることができる。なお、センサ２０３の種類は、上述のものに限られず、様々なものが用いられる。センサ２０３は、一つに限られず、取得したい情報に応じて複数種類、複数個用いることもできる。なお、図２においては、説明の便宜上、１つのセンサモジュール１０５に対して１つのセンサ２０３が描かれている。

図３は、本実施の形態に係るセンサモジュール１０５の詳細な構造を示す図である。受電制御部２０２は、整流部３０１と、電源制御部３０２と、情報処理部３０３と、通信部３０４とを備える。

整流部３０１は、第２アンテナ２０１を介して送受信機１０１から受け取った電波を、直流電流に変換する。

電源制御部３０２は、整流部３０１によって生成された直流電流を、センサ２０３、電源制御部３０２及び情報処理部３０３に、それらを作動させることが可能な電圧で電力を供給する。電源制御部３０２と情報処理部３０３とには、センサ２０３が接続されている。

情報処理部３０３は、センサ２０３が取得した情報を、処理した上で、一定のタイミングで通信部３０４を通じて送受信機１０１へ送信する機能を有する。

センサモジュール１０５は、送受信機１０１へ各センサモジュール１０５に固有のＩＤ情報を送信し、センサ２０３の情報取得を行うとともに、送受信機１０１からの指示を受信する。

これらの機能により、送受信機１０１から放射された高周波電力を電源として活用しながら、センサ２０３が取得した情報を、送受信機１０１へ無線送信することができる。

受電制御部２０２には、図３に示すように、複数種類のセンサを接続することができる。また、受電制御部２０２には、３つ以上のセンサが接続されてもよい。

＜人***置検出動作＞
次に、人体の位置を検出する方法について説明する。具体的には、センサシート１０４上に人が存在しない状態で、送受信機１０１は、電波を送信し、各センサモジュール１０５にＩＤ情報を送信するよう指示する。すると、各センサモジュール１０５は、ＩＤ情報を送受信機１０１へ送信する。続いて、送受信機１０１は、ＩＤ情報を受信し、発信制御部１０２は、それぞれのＩＤ情報と受信した電波の強度を対応付けて発振制御部１０２が備えるメモリに記憶させる。発信制御部１０２は、各センサモジュール１０５から受信したＩＤ情報に基づいて、センサモジュール１０５の位置を特定するとともに、このときに受信した電波強度を、基準強度と定める。

このような準備が予め行われた後、人体の実際の検出が次のように行われる。
（１）送受信機１０１は、電波を送信し、センサモジュール１０５へＩＤ情報を送信するように指示する。
（２）各センサモジュール１０５は、ＩＤ情報を送受信機１０１へ送信する。
（３）送受信機１０１は、センサモジュール１０５から受信したＩＤ情報に対応する基準強度を発振制御部１０２が備えるメモリから読み出し、読み出した基準強度と、センサモジュール１０５から受信した電波の強度と比較する。
（４）基準強度に対する受信した電波の強度の変化に基づいて、センサモジュール１０５の近傍に人体が存在するか否かを検出する。

なお、図２に示すように、センサモジュール１０５上に人体が存在すると、この人体によって、センサモジュール１０５から発せられた電波が遮られる。その結果、送受信機１０１が受信する電波の強度が弱くなる。この原理を利用して、センサモジュール１０５の上に人体が存在するか否かを検出することができる。また、発信制御部１０２は、基準強度からの変化量を事前に閾値として設定し、例えば、受信した電波強度が基準強度の５０％以下に低下した場合に、センサモジュール１０５上に人体が存在すると判断してもよい。なお、閾値は、基準強度の５０％に限られず、例えば基準強度の６０％でもいいし、４０％でもいい。また、電波が受信できず、ＩＤ情報が読み取れなかった場合についても、発信制御部１０２は、電波強度が閾値以下であると判断してもよい。この方法により、複数個配置されたセンサモジュール１０５のうち、人体が上に存在するセンサモジュール１０５を検出し特定することができる。なお、センサモジュール１０５の上に横たわった人体によってセンサモジュール１０５からの電波が阻害されやすい方が、人体の存在を検出しやすい。よって、第２アンテナ２０１は、上側を指向するように配置することが好ましい。

＜個人特定動作＞
検出した人体の個人を特定する方法を説明する。
（１）まず、送受信機１０１より、各センサモジュール１０５に対して状態情報を送信するように指示を送信する。
（２）各センサモジュール１０５は、ＩＤ情報とセンサモジュール１０５が取得した状態情報を送受信機１０１へ送信する。
（３）発信制御部１０２は、センサモジュール１０５のＩＤ情報と、状態情報と、センサモジュール１０５から受信した電波の強度とを紐付けて発信制御部１０２が備えるメモリに記憶させる。

ここで、発信制御部１０２は、センサモジュール１０５から取得した電波強度に基づいて、送受信機１０１からセンサモジュール１０５までの距離を推定することができる。送受信機１０１は、推定した距離に基づいて、センサモジュール１０５が存在する存在範囲を特定することができる。なお、送受信機１０１は、センサモジュール１０５から取得した電波強度に基づいて、人体が上にあるセンサモジュール１０５を特定することに加え、人体を検知したセンサモジュール１０５の個数や位置などから、人体の寝方や座り方などを推定することができる。

例えば図１に示すように、センサモジュール１０５上に人が存在する場合、センサモジュール１０５は、送受信機１０１から送信された電波を受信することができない場合がある。また、送受信機１０１が、センサモジュール１０５からの電波を受信できない場合がある。これらの場合に対処するため、例えばセンサモジュール１０５は、センサシート１０４内の各センサモジュール１０５を、電気的に接続しておくことが好ましい。送受信機１０１からの電波が受信できない場合、または送受信機１０１に対して、電波を送信できない場合には、センサシート１０４内の電気的に接続されている各センサモジュール１０５間で、情報や電力を受け渡しすることができる。その結果、送受信機１０１は、送受信機１０１から電波を受信できない、または送受信機１０１に対して電波を送信できないセンサモジュール１０５（第１のセンサモジュール）のＩＤ情報や状態情報を、他のセンサモジュール１０５（第２のセンサモジュール）を介して、取得することができる。

具体的には、送受信機１０１及び各センサモジュール１０５は、次のように動作する。
（１）送受信機１０１は、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５（第１のセンサモジュール）を特定する。送受信機１０１は、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５には、人が存在すると判断する。
（２）ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５は、送受信機１０１からの電波が受信されず、電波による電力が供給されていない。このため、送受信機１０１は、人体が上にあり電波を受信できないセンサモジュール１０５への送電指示をＩＤ情報が読み取れるセンサモジュール１０５（第２のセンサモジュール）に対して送信する。
（３）ＩＤ情報が読み取れるセンサモジュール１０５は、送受信機１０１からの電波を受け取ると、受け取った電波を電力に変換し、この電力をＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５へ供給する。
（４）ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５は、ＩＤ情報が読み取れるセンサモジュール１０５から供給された電力を用いて、上にある人体の状態情報を取得する。また、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５は、取得した状態情報を、ＩＤ情報が読み取れるセンサモジュール１０５に、自身のＩＤ情報とともに送信する。
（５）ＩＤ情報が読み取れるセンサモジュール１０５は、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５から受信した人体の状態情報を、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５のＩＤ情報とともに、送受信機１０１に送信する。

このように、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５があっても、ＩＤ情報が読み取れるセンサモジュール１０５が、ＩＤ情報及び人体の状態情報を、ＩＤ情報が読み取れないセンサモジュール１０５に代わって、送受信機１０１へ送信することができる。

＜効果＞
センサモジュール１０５のＩＤ情報を用いて人体の位置を検出し、ＩＤリーダ等の特別な無線機を携帯する必要なく、センサシート１０４内の人***置検出が実現できる。

また、センサシート１０４内での人体の位置検出に加え、センサモジュール１０５が、取得する必要がある情報を検出するセンサを搭載することで、体にセンサを巻き付けるなどの圧迫感を与えることなく、シートに横たわる人体の様々な状態情報を取得することが可能となる。

本願開示の生体情報特定システムは、布団やベッドのマットレス、椅子の座面等の下部に配置することで、生体情報特定システムとして幅広く活用することが出来る。

１０１送受信機
１０２発振制御部
１０３第１アンテナ
１０４センサシート
１０５センサモジュール
１０６シート
２０１第２アンテナ
２０２受電制御部
２０３センサ
３０１整流部
３０２電源制御部
３０３情報処理部
３０４通信部

Claims

電波を送出し、且つ、無線で信号を受信する送受信機と、
前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、自己の固有のＩＤ情報を前記送受信機に送信するセンサモジュールと、を備えた生体の情報を特定する生体情報特定システムであって、
前記センサモジュールは、前記電力を電源として用いて、生体の状態に関する状態情報の取得、及び、前記状態情報の前記送受信機への送信を行い、
前記送受信機は、前記ＩＤ情報及び前記状態情報に基づいて、前記生体を特定する、生体情報特定システム。
前記送受信機は、予め定められた基準強度と、前記センサモジュールから受信した電波の強度とに基づいて、前記送受信機と前記センサモジュールとの間に、前記生体が存在するか否かを検出する、
請求項１に記載の生体情報特定システム。
前記センサモジュールは、所定範囲に複数個配置され、
前記送受信機は、予め定められた基準強度と、前記センサモジュールから受信した電波の強度とに基づいて、前記送受信機との間に前記生体が存在する前記センサモジュールを検出する、
請求項１又は請求項２に記載の生体情報特定システム。
複数の前記センサモジュールは、互いの間で情報の受け取り及び受け渡しが可能な第１のセンサモジュール及び第２のセンサモジュールを含み、
前記送受信機は、前記第１のセンサモジュールから前記ＩＤ情報又は前記状態情報を受信できない場合に、前記第２のセンサモジュールに対して、前記第１のセンサモジュールの前記ＩＤ情報又は前記第１のセンサモジュールが取得した前記状態情報を、送信するよう指示する、
請求項３に記載の生体情報特定システム。
前記生体の情報とは、前記生体の動き情報、または、前記生体の健康に関する情報を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体情報特定システム。
送受信機が電波を送出する工程と、
センサモジュールが前記電波を受け取り、受け取った前記電波を電力に変換し、当該電力を電源として用いて、自己の固有のＩＤ情報を前記送受信機に送信する工程と、
前記センサモジュールが、前記電力を電源として用いて、生体の状態に関する状態情報を取得し、前記状態情報を前記送受信機に送信する工程と、
前記送受信機が、前記ＩＤ情報及び前記状態情報に基づいて、前記生体の状態を特定する工程と、
を含む生体情報特定方法。